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改性VAlN宽温域低摩擦涂层的摩擦学行为研究

飞机发动机中的刷丝篦齿密封件在服役过程中，会经历室温到800℃的宽温域服役环境，传统的润滑材料不能满足其应用需求，因此亟需设计制备高硬度、低摩擦、耐磨损的宽温域低摩擦涂层。VAlN涂层具有高硬度、耐磨损等优势，在~500℃形成高离子势的Magneli相V₂O₅，作为润滑相降低COF，赋予涂层高温自润滑性。然而涂层在中低温时摩擦系数高，耐受温度有待提高，高温润滑性能有待进一步改善，因此需要改性VAlN硬质涂层，提升涂层的综合性能。本研究主要包括两个内容：（1）用DCMS技术制备了高硬度（34.1GPa）VAlN涂层，发现了力学性能与工作压力之间的规律，用a-C膜改性VAlN涂层，在300℃摩擦环境中，形成厚度为30-60 nm的a-C转移膜，滑动过程中，形成良好的层间相对滑移界面，降低COF至~0.11。在600℃的摩擦过程中，发生摩擦化学反应生成V₂O₅润滑相，降低COF并稳定在0.36-0.41。涂层在宽温域内具备高硬度、低摩擦、耐磨损的优异性能，并揭示了宽温域摩擦机理。（2）采用DCMS复合HiPIMS技术制备了VAlN/Ag多层结构涂层，在宽温域内表现出低摩擦性能，COF从室温的~0.45降至高温650℃时的~0.2，且COF和磨损率随旋转速度增加而降低。制备的Ag层形成生长孪晶，中低温环境主要以Ag为润滑相降低COF，高温环境发生摩擦化学反应生成AgVO₃和Ag₃VO₄液态润滑相，有效的降低COF。揭示了宽温域摩擦过程中元素的扩散机制，及其对润滑相的生成与分解、涂层微结构演变的影响，同时揭示了宽温域低摩擦机理。